CC BY
74
УДК 621.879.32
МЕХАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПРИ ПРОКЛАДКЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ
Н.Д. Каслин, профессор, к.т.н., ХНАДУ В.Н. Супонев, к.т.н., директор, НПП «Газтехника»
Аннотация. Рассмотрены проблемы, связанные с механизацией работ при прокладке распределительных трубопроводов различного назначения.
Ключевые слова: распределительные газопроводы, бестраншейная технология, полиэтиленовые трубы.
Введение
Существующая классификация известных бестраншейных технологий строительства инженерных сетей (главным образом трубопроводов) [1] предполагает выполнение работ с использованием:
- станков горизонтально-направленного и наклонного бурения;
- пневмопробойников и гидропрессов;
- плужно-отвальных рабочих органов;
- систем микротоннелирования и щитовой проходки.
Выполнение работ по данным технологиям дополнительно требует применения вспомогательных средств механизации общего назначения.
Как показал анализ, использование этих методов по сравнению с другими технологиями дает следующие преимущества:
- ширина полосы отвода земли при строительстве сокращается в 3 - 5 раз, что важно при ведении работ на плодородном слое;
- отсутствует необходимость в проведении рекультивационных работ, поскольку не происходит перемешивание верхних и нижних слоев грунта (плодородного с минеральным);
- на 90 - 95% сокращаются объемы земляных работ;
- совмещаются операции по разработке грунта и укладке трубы;
- существенно увеличивается скорость укладки труб, уменьшаются сроки и стоимость строительства.
Цель и постановка задачи
Развитие производства полиэтиленовых труб привело к появлению новых технологий их прокладки при устройстве распределительных газопроводов и водоводов. В мировой практике все большее распространение получают бестраншейные технологии прокладки труб.
При строительстве линейно-протяженных участков газопроводов и водоводов на местности со «спокойным» рельефом в грунтах, не содержащих каменистых включений, наиболее перспективна прокладка труб методом протаскивания и методом заглубления с использованием плужно-ножевых рабочих органов. Однако рекомендации по созданию специальных машин для реализации указанных методов отсутствуют.
Целью статья является обоснование возможности осуществления прокладки распределительных трубопроводов путем бестраншейного их заглубления в грунт.
Решение задачи
В настоящее время в Украине отсутствуют рекомендации по созданию специальных машин для реализации указанных методов. Проведенные в ХНАДУ совместно с НПП «Газтехника» исследования позволили уста-
новить следующие зависимости для определения параметров трубозаглубительного оборудования указанного типа, [2]:
- ширина режущего ножа
в = в0 +8 , м. (1)
- ширина трубозаглубительного оборудования
в0 = (} + 0,05, м, (2)
где d - диаметр трубы в м.
Зазор между вертикальными стенками трубо-заглубительного оборудования и уплотненными стенками щели в грунте
8 = 0,055 10-3 qв0, м. (3)
Лобовое давление грунта на лезвие ножа
q = 260hв- 65,6 0 + 626, кПа. (4)
h = 0,5 ( 0,8 + dв+ 2,32 0) , м. (5)
Высота трубозаглубительного оборудования HT = 0,8 + dв+ 1,1 0, м. (6)
Длина трубозаглубительного оборудования с прижимным роликом
г = 30 d
T = , м, (7)
4 8 qН Т
где E - модуль упругости трубы; I - момент инерции сечения трубы, м4.
В ряде случаев трасса трубопровода прокладывается вдоль существующих дорог. Для обеспечения возможных поворотов трассы трубозаглубительное оборудование следует выполнять из взаимно шарнирно-связанных секций.
Число секций п может быть определено по равенству
где Rn - радиус поворота газопровода по трассе в горизонтальной плоскости.
Расчеты по заданному равенству, выполненные применительно к требуемым радиусам поворота автодорог, показали, что трубоза-глубительное оборудование достаточно выполнять из 2 - 3 секций. Усилие на крюке тягового средства, необходимое для протаскивания в грунте рабочего оборудования для укладки трубы методом заглубления для труб диаметром 75 - 225 мм
P = 43,67 + 0,905d - 0,00Ш2, кН, (9) где d - диаметр трубы в мм.
Указанная зависимость определяет необходимое тяговое усилие при погружении трубы от поверхности грунта до верха трубы на глубину 0,8 м.
Для обеспечения необходимого рабочего усилия можно использовать несколько тягачей, работающих в одной сцепке, либо использовать тягачи с якорной лебедкой. Сравнивая строительство трубопроводов методом протаскивания и заглубления, можно отметить следующее. В первом случае длина протаскиваемой трубы ограничивается ее прочностью, необходимо также предпринимать дополнительные меры для защиты наружной поверхности трубы при протаскивании ее в грунте. Поворот трассы трубопровода не должен превышать 2% на 1м его длины.
Второй метод лишен этих недостатков, однако его реализация вызывает необходимость иметь сложное трубозаглубляющее устройство, что увеличивает габариты машины и необходимое тяговое усилие. Учитывая, что и в первом, и во втором случае укладка труб осуществляется с помощью навесного рабочего оборудования к тяговому средству, используемому только при укладке труб, способ прокладки труб заглублением представляется более предпочтительным.
Для преодоления некоторых участков можно рекомендовать следующий технологический прием. При прохождении участков с тяжелыми грунтами, либо укладки трубы на большую глубину первоначально по трассе трубопровода проделывают ножом пионерную прорезь, которая при необходимости может углубляться последующими прохода-
ми, [3]. Затем к ножу крепится трубозаглуби-тельное оборудование и осуществляется укладка трубы согласно описанному выше способу. Результаты исследований были по-
лучены при проведении испытаний ряда машин для бестраншейной прокладки трубопроводов, технические характеристики которых приведены в табл. 1.
Таблица 1 Характеристики машин для бестраншейной прокладки трубопроводов методом з аглубления. внедренных в производство по результатам исследований
№ п/п Характеристики Базовые машины
Трактор Т-130 Трактор Т-130 Унифицир. шасси УШ-16 Комацу Д-355А, Катерпиллер Д9
1 Заказчик Трест «Спец- строй- монтаж», ПСМО «Агропровод-монтаж», СМУ «Газстрой-1» Трест «Харь-ковгазком-мун-строй», ВНИИСТ, г.Москва, «Востокнефте-про-водстрой»,
2 Место испытания г.Харьков г.Купянск Харьковской обл. Харьковская обл., Двуре-чанский р-н Башкирия, пос. Кармаскалы
3 Масса машины с оборудованием, т 14 14 30,6 54
4 Мощность тягача, л.с. 180 180 300 410
5 Способы прокладки трубопроводов Заглублени- ем Заглублением, протаскиванием Заглублением, протаскива-ни- ем Заглублением, протаскиванием, узкотраншейным
6 Материал труб Полиэтилен Полиэтилен Полиэтилен Сталь,полиэтилен
7 Диаметр труб До 90мм До 110 мм До 160мм До 219мм
8 Г лубина прокладки (резания грунта), м До 0,8 До 1,1 До 1,4 До 1,2
9 Схема подачи трубы Под трактором Над трактором Сбоку тягача Под трактором
10 Категория разрабатываемого грунта II П-Ш (с предварительным рыхлением) II П-ГУ (с предварительным рыхлее-нием)
11 Ширина ножевого рабочего органа 0,18 0,09 (основной нож), 0,18 (расширитель) 0,215 0,25
12 Ширина секций укладочного устройства, м 0,16 0,16 0,2 0,24
13 Длина укладочного устройства 4 3,5 6 12
14 Количество секций 1 1-2 2 3
15 Радиус поворота, м для грунтов II категории 75 75-134 114 58,7
16 Техническая производительность, км/ч 3 3 2-3,5 3
17 Вес рабочего оборудования (без навесного оборудования трактора), т 0,7 1,3 2,1 2,4
18 Назначение машины Трубопроводы под электро-и телекоммуникации Водо- и газопроводы Водо-, газотру-бопроводы Нефте- и газопроводы
На рис. 1 показан трубозаглубитель на базе универсального шасси УШ-16.
Рис. 1. Трубозаглубитель на базе универсаль-
ного шасси УШ-16
Трубозаглубитель (см. рис. 1) осуществляет укладку полиэтиленовой трубы диаметром 160 мм, при строительстве 15-ти километрового участка газопровода в Харьковской области.
Выводы
Апробация созданных машин в производственных условиях показала, что темп укладки трубопроводов достигает 2 - 3,5 км/ч. Проведенными расчетами установлено, что использование предлагаемой технологии укладки труб (методом заглубления) снижает общие затраты на строительство трубопровода более чем на 34%. В ходе испытаний был рассчитан также и технический уровень предлагаемых средств механизации, который с учётом показателей значимости можно считать вполне удовлетворительным.
А, учитывая оценку уровня потребительских свойств и соотношения «цены-качества», созданные машины с плужно-ножевыми рабочими органами будут иметь очень высокую конкурентоспособность на рынке строительных услуг как в Украине, так и за рубежом.
Литература
1. Супонев В.Н., Каслин Н.Д. Бестраншей-
ная реконструкция изношенных трубопроводов: анализ технологий // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2004. - Вып. 27. - С.108-110.
2. Супонев В.Н. Определение параметров
рабочего оборудования
трубозаглубителей // Энергосбережение. Энергоаудит. Общегосударственный научно-производственный информационный журнал. - Харьков: СВЭКО. - 2006. - №10. - С.23 - 30.
3. Патент иА 20785. / СпоЫб
безтраншейного заглиблення
трубопроводiв. Супонев В.М., Руднев В.К., Каслш М.Д., Зайченко А.Д., Пензев О.1. - № и 2006 08562; заявлено 31.07.2007. Опубл. 15.02.2007, Бюл. № 2.
Рецензент: М.А. Подригало, профессор,
д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 3 июня 2007 г.
